Материал: Абсорбционные методы очистки отходящих газов

Абсорбционные методы очистки отходящих газов

Содержание

Введение

         Теоритические основы абсорбции

         Растворы газов в жидкостях

         Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера

.1      Очистка газов от диоксида серы

.1.1   Абсорбция водой

.1.2   Известняковые и известковые методы

.1.3   Магнезитовый метод

.2      Очистка газов от сероводорода

.2.1   Вакуум - карбонатные методы

.2.2   Фосфатный процесс

.2.3   Щелочно - гидрохиновый метод

.3      Очистка газов от оксидов азота

.3.1   Абсорбция водой

.3.2   Абсорбция щелочами

.3.3   Селективные абсорбенты

         Технологический расчет аппаратов

         Преимущества и недостатки абсорбционных методов очистки отходящих газов

         Заключение

         Список литературы

Введение

Многие технологические процессы на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической промышленности, в ряде цехов машиностроительных заводов, на многих других производствах сопровождаются поступлением вредных газов и паров в атмосферный воздух. Активным загрязнителем атмосферного воздуха является транспорт, в первую очередь, автомобильный. Газовые загрязнения, как и аэрозольные, загрязняя атмосферный воздух, значительно ухудшают его качество, а в ряде случаев делают его непригодным для нахождения в нем людей. Санитарные нормы ограничивают концентрацию вредных паров и газов в воздухе населенных пунктов, однако эти требования не всегда соблюдаются. Это наносит значительный ущерб здоровью людей, проживающих в местностях, подверженных воздействию вредных газов и паров, ведению сельского хозяйства в данном районе, организации отдыха людей, приводит к повреждению архитектурных сооружений, памятников истории и культуры и т.д.

Под очисткой газового потока понимают отделение от него или превращения в безвредную форму загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу вместе с газовым потоком. Воздушными массами загрязнения могут переноситься на большие расстояния и существенно влиять на состояние атмосферы и здоровья человека.

Цель данной работы - рассмотреть и изучить абсорбционные методы очистки отходящих газов.

1       Теоретические основы абсорбции

Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем соприкасающейся с ней конденсированной фазы. При абсорбции происходит избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями.

Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем, вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем (поглотителем или абсорбентом), вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, т.е. поглощаемый компонент, называют абсорбтивом, поглощаемое вещество в объеме поглотителя - абсорбатом. Абсорбат удерживаются в абсорбенте, равномерно распределяясь среди его молекул, вследствие растворения или химической реакции.

Процесс, завершающийся растворением абсорбата в поглотителе, называют физической абсорбцией. При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, при этом молекулы абсорбента и молекулы абсорбтива не вступают между собой в химическое взаимодействие.

Иногда растворяющийся газ вступает в химическую реакцию непосредственно с самим растворителем. Процесс, сопровождающийся химической реакцией между поглощаемым компонентом и абсорбентом, называют химической абсорбцией (хемосорбция). При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.

Абсорбция представляет процесс химической технологии, включающей массоперенос между газообразным компонентом и жидким растворителем, осуществляемый в аппарате для контактирования газа с жидкостью. Аппараты, в которых осуществляют процесс абсорбции, называют абсорберы. Абсорбция - наиболее распространенный процесс очистки газовых смесей во многих отраслях, например, в химической промышленности.

Абсорбцию широко применяют для очистки выбросов от сероводорода, других сернистых соединений, паров соляной, серной кислот, цианистых соединений, органических веществ (фенола, формальдегида и др.).

Рис. 1. Схема абсорбционной установки: 1 - вентилятор (газодувка); 2-абсорбер; 3-брызгоотбойник; 4,6-оросители; 5-холодильник; 7-десорбер; 8-куб десорбера; 9,13-ёмкость для абсорбента; 10,12-насосы; 11-теплообменникрекуператор

Абсорбционная система может быть простой, в которой жидкость применяется только один раз и удаляется из системы без отделения абсорбированного загрязнения. В другом варианте загрязнение отделяют от абсорбирующей жидкости, выделяя её в чистом виде. Затем абсорбент вновь подают на стадию абсорбции, снова регенерируют и возвращают в систему.

Регенерацию поглотителей проводят физическими методами: повышением температуры, снижением давления либо сочетанием указанных параметров.

2       Растворы газов в жидкостях

Растворение газа в жидкости называют абсорбцией газа жидкостью. По своей природе и свойствам растворы газов в жидкости ничем не отличаются от других жидких растворов.

Влияние давления при не слишком высоких его значениях достаточно хорошо выражается законом Генри: при постоянной температуре растворимость газа в растворителе прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором.

Как правило, растворение газов в воде происходит с выделением тепла и с уменьшением объема, поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры их растворимость снижается. Это иллюстрируют данные (табл. 1.) по содержанию (в нормальных литрах) некоторых газов в 1 л воды при 760 мм рт. ст.:

Таблица 1

При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей, органические вещества и водные суспензии различных веществ. При использовании воды абсорбируемый газ должен достаточно хорошо растворяться в ней при данной температуре в системе газ-жидкость. Для абсорбции газообразных загрязнителей с ограниченной растворимостью в воде, таких как SO2 или бензол, необходимы очень большие количества воды. Вода обладает высокой эффективностью при удалении кислых растворимых газов, таких как HCl, HF и SiF4 при использовании слабощелочной воды, для улавливания NH3 подкисленной водой. Газы с меньшей растворимостью, например SO2, Cl2 и H2S, легче абсорбируются не чистой водой, а щелочными растворами, в частности, разбавленным NaOH или водным раствором (суспензией) извести, т.е. в последнем случае более приемлема хемосорбция.

Нецелесообразно использовать воду для очистки выбросов с нерастворимыми в ней органическими примесями. Подобные загрязнители как правило хорошо поглощаются органическими жидкостями, среди которых могут использоваться как абсорбенты высококипящие вещества, такие как этаноламины и тяжелые предельные углеводороды (минеральные масла). Абсорбция органическим растворителем наиболее эффективна для удаления органических газообразных загрязнителей, поскольку в этом случае обеспечивается хорошая растворимость. В качестве органических жидких абсорбентов применяются диметиланилин, моно-, ди- и триэтаноламин и метилдиэтаноламин. Использование таких абсорбентов ограничено системами, не содержащими твёрдых частиц, поскольку твердые вещества загрязняют органические жидкости.

3       Абсорбционные методы очистки отходящих газов от примесей кислого характера

3.1    Очистка газов от диоксида серы

3.1.1 Абсорбция водой

Абсорбция водой диоксида серы сопровождается реакцией:

Растворимость SO в воде мала. Зависимость между общей концентрацией SOа растворе и равновесным давлением выражается формулой:

,

где - равновесное давление SO; - константа фазового равновесия для SO, м*Па/кмоль; К - константа равновесия реакции.

При абсорбции SO водой процесс лимитируется диффузионным сопротивлением со стороны газа и жидкости. Он может быть проведен а абсорберах различной конструкции. Для колонн с провальными и сетчатыми тарелками коэффициенты массоотдачи могут быть определены из уравнений:

,

,

где и - диффузионные критерии Нуссельта для газа и жидкости; и - диффузионные критерии Прандтля для газа и жидкости; и - критерии Рейнольдса для газа и жидкости; и - коэффициенты массоотдачи со стороны газа и жидкости, м/с; - поверхностно-объемный диаметр пузырьков газа, м (; и - коэффициенты молекулярной диффузии SO в газе и жидкости, м/с; и - кинематические коэффициенты вязкости газа и жидкости, м/с; и - скорость газа и жидкости а газожидкостном слое, м/с.

В связи с низкой растворимостью диоксида серы в воде для очистки требуется большой ее расход и абсорберы с большими объемами. Удаление SO из раствора ведут при нагревании его до 100С. Таким образом, проведение процесса связано с большими энергозатратами.

На практике применяются известняк, мел, доломиты, мергели. Известь получают обжигом карбонатных пород при температуре 1100 - 1300С.

Процесс абсорбции диоксида серы для известкового и известнякового методов представляется в виде следующих стадий:

,

,

,

,

,

,

Протекание тех или иных реакций зависит от состава и рН суспензии. В присутствии в растворе различных примесей процесс абсорбции значительно усложняется. Например, действие небольших количеств повышает степень очистки и степень использования известняка. При этом протекают следующие реакции:

Для расчета равновесия при использовании солей кальция предложены эмпирические уравнения:

для системы

:

для системы

:

для системы

.

3.1.3 Магнезитовый метод

Диоксид серы в этом случае поглощают оксид - гидрооксидом магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфита магния, которые сушат, а затем термически разлагают на -содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают на абсорбцию.

В абсорбере протекают следующие реакции:

Растворимость сульфита магния в воде ограничена, избыток его в виде и выпадает в осадок. Технологическая схема процесса представлена на рис. 2.

Дымовые газы поступают в абсорбер Вентури, орошаемый циркулирующей суспензией. Отношение Т:Ж в суспензии 1:10, рН суспензии на входе 6,8 - 7,5, а на выходе из абсорбера 5,5 - 6. состав циркулирующей суспензии (в %):

вода и примеси - 79,65.

В абсорбере кроме сульфита образуется некоторое количество сульфата:

Рис. 2. схема установки очистки газа от диоксида серы суспензией оксида магния: 1 - абсорбер; 2 - нейтрализатор; 3 - центрифуга; 4 - сушка; 5 - печь

Образование сульфата нежелательно, так как для его разложения необходима более высокая температура (1200-13000С). При таких условиях получается переобожженный , который имеет малую активность по отношению к . Для устранения образования сульфата необходимо использовать ингибиторы окисления или проводить процесс в абсорберах при малом времени контакта газ - жидкость. Другой путь - производить обжиг сульфата в присутствии восстановителей. В этом случае сульфат восстанавливается в сульфит.